[发明专利]一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制系统及方法

权利要求书

1.一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制系统，其特征在于：包括中央控制单元（1）、天平采集及解算单元（2）、姿态角控制单元（3），所述中央控制单元（1）、天平采集及解算单元（2）、姿态角控制单元（3）通过工业以太网进行连接，所述天平采集及解算单元（2）连接天平（4），所述姿态角控制单元（3）连接模型姿态角的电机（5）；

所述中央控制单元（1）用于控制子系统之间的动作协调；

所述天平采集及解算单元（2）用于测力试验的天平应变、天平体温度的数据采集和处理；

所述姿态角控制单元（3）用于对模型姿态角的电机（5）进行同步控制。

2.根据权利要求1所述的一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制系统，其特征在于：所述天平采集及解算单元（2）为基于PXI总线的风洞数据采集系统，包括采集与处理模块、角度解算模块。

3.根据权利要求2所述的一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制系统，其特征在于：所述姿态角控制单元（3）为基于PLC的集成运动控制器，包括到位判断模块、微调模块。

4.根据权利要求3所述的一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制系统，其特征在于：所述中央控制单元（1）为风洞主控系统，包括姿态角解算模块、流程控制模块。

5.一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制方法，依托于权利要求1-4之一所述的一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制系统实现，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、中央控制单元对姿态角进行解算，变成模型轴的机构角度，并发送给各个子系统；

步骤二、姿态角控制单元进行模型姿态角调整；

步骤三、天平采集及解算单元对模型运动过程中的应变数据进行实时采集和处理；

步骤四、天平采集及解算单元对模型受力以及补偿角度数据进行计算；

步骤五、姿态角控制单元对当前的模型角度进行判断，是否满足误差带要求，若不满足要求则根据计算得到的补偿角度进行微调，不断重复步骤三~步骤五，最终使模型的实际角度与给定目标值保持在一定误差带范围内。

6.根据权利要求5所述的一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制方法，其特征在于：步骤一的具体实现方法为：

中央控制单元的姿态角解算模块，对输入模型轴的目标攻角α和侧滑角β进行解算，得到俯仰角和滚转角，的计算公式如下：

其中设定值或，为支杆预偏角，为滚转角象限选择，在第一、二象限为1，在第三、四象限为-1；

当时：如果，；如果，；

时：；

滚转角的计算公式为：

其中设定值或，时，设定值；时，设定值；

，，为系数；

当，，；

当 ，，；

当，，；

解算出俯仰角和滚转角后，通过姿态角控制单元进行模型姿态角调整，模型达到初始目标值。

7.根据权利要求6所述的一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制方法，其特征在于：步骤二的具体实现方法为：中央控制单元的流程控制模块向姿态角控制单元发送运行命令，模型姿态角按照给定的俯仰角和滚转角运动。

8.根据权利要求7所述的一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制方法，其特征在于：步骤三的具体实现方法为：机构俯仰角和滚转角运动过程中，天平采集及解算单元的采集与处理模块对天平输出应变信号进行实时采集与解算，通过采集到的天平各元电压值解算得到天平各元力和力矩；

天平的修正矩阵如下：

其中是6行×1列未经修正的天平六元分量矩阵，是6行×6列的主元系数和一阶互扰系数矩阵，是6行×1列修正后的天平六元分量矩阵，是6行×21列的二阶互扰系数矩阵，是21行×1列各元素乘积的矩阵；是阻力对应应变值，为升力对应应变值，为侧向力对应应变值，为滚转力矩对应应变值，为偏航力矩对应应变值，为俯仰力矩对应应变值；

中各行元素分别是：、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、， 和 由天平校准确定。